无碱液体水泥速凝剂的性能及其促凝机理

全国中文核心期刊轩癯建览柑抖无碱液傩水泥速凝剂的ｎ生链及其促凝相理刘梅艳，何真，蔡新华，陈晓润（武汉大学水利水电学院，湖北武汉４３００７２）

摘要：采用宏微观试验方法．研究无碱液态水泥速凝剂对水泥摹材料的性能影响及其水化机理。结果表明；无碱液体速凝剂对水泥水化作用主要体现在１ｄ之内，水泥水化２８ｄ时几乎不起作用；掺加６％速凝剂１ｈ水泥净浆硬化体有较多棒状ＡＦｔ晶体形成，这些ＡＦｔ晶体互相交错，填充在水泥浆体的孔隙中．使水泥净浆结构比基准水泥净浆结构更致密，使得其早期强度更高；无碱液体速凝剂的促凝机理主要是促进早期水泥浆体中ＡＦｔ晶体的形成而达到促凝：ＳＥＭ照片显示，生成的ＡＦｔ是通过液相化学反应一沉淀析出途径生成，ＡＦｔ晶体呈短柱状、随机取向，无序分布于整个硬化体空间，与基准水泥浆体形成的ＡＦｔ途径完全不同，这町能是导致水泥浆体快速凝结及强度提高的主要原因。关键词；无碱渡态速凝剂；水泥水化产物；微观结构；促凝机理中图分类号：７ｒＱｌ７０．９文献标识码：Ａ文章编号：１００ｌ一７０２Ｘ（２０１２）０６—００３６加５

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ＬＩＵＭｅｉｙａｎ，ＨＥ

Ｚｈｅｎ，ＣＡＩＸｉｎｈｕａ，ＣＨＥＮＸｉａｏｒｕｎ

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近年来，无碱液态速凝剂成为国际上速凝剂发展的主要方向旧，然而国内无碱液态速凝剂研究还不成熟，关于无碱速凝剂的作用机理探讨很不系统。速凝剂的研究与应用中也存在较多问题，如速凝剂掺量与水泥凝结时间存在的波动问题、掺有速凝剂的喷射混凝土的耐久性问题及无碱速凝剂的掺量过大等ｐ川，因此有必要开展速凝剂性能的系统研究，分基金项目：国家自然科学基金（５０９７２１０９）；国家重点基础研究发展计划项目（２００９ＣＢ６２３２０１）收辖日期：２０１Ｉ－１２—１５作者简介：刘梅艳，女，１９８７年生，硕士研究生：地址：４３００７２湖北武汉大学工学部水利水电学院水工结构楼３０２室，Ｅ－ｍａｌｌ：ｌｉｕｍｅｉｙａｎ３１５５＠ｙａｈｃｅ．ｅｏｍ．ｏｎ。·３６·新型建筑材料２０１２．６析其作用机理。由于水泥凝结硬化过程本身的复杂性和机理的不确定性，以及速凝剂的种类较多，有关速凝剂的促凝机理存在较多分歧。熊大玉等认为翻，速凝剂主要是通过消耗ＣａＳ０。来促进Ｃ９，迅速溶解水化以形成钙矾石来达到促凝效果。郑国强等认为Ｍ，速凝剂是通过早期生成水化铝酸钙引起水泥浆速凝。Ｐａｇｌｉａ等认为ｌｇｌ，无碱速凝剂主要是通过钙矾石的形成来实现速凝。而碱性速凝剂则主要是通过片状ＣＨ晶体的快速析出和一种代号为ＫＣＡＳＳＨ（主要成分为Ｋ：Ｏ、Ｃａ０、Ａ１２０，、Ｓｉ０卧ＳＯ，和Ｈ２０）的无定形物质的形成来达到速凝效果。刘晨等认为１９１，速凝剂是使Ｃ§迅速水化生成了大量的Ｃ＿ｓ—Ｈ凝胶和ＣＨ及大量水化热使水泥浆体温度升高，从而大量游离水被结合，使浆体失去流动性。在前人实验的基础上，本文对无碱液体速凝剂作了进一步研究，以期得到更加深

万方数据刘梅艳，等：无碱液体水泥速凝剂的性能及其促凝机理层次的机理。１原材料与试验方法１．１试验原材料水泥，Ｐ·１４２．５水泥，华新水泥；速凝剂，巴斯夫（ＢＡＳＦ）液体无碱速凝剂：减水剂，巴斯夫（ＢＡＳＦ）聚羧酸减水剂。图ｌ、表１，表２分别为：Ｐ·１４２．５水泥的ＸＲＤ图谱和性能指标，表明原材料的基本性质满足相关要求。无碱液体速凝剂由ｐＨ试纸测定为酸性，ｐＨ值为２。水泥砂浆试验Ｗ／Ｃ＝Ｏ．４５、Ｓ／Ｃ＝Ｉ．５。为满足流动性要求，水泥砂浆中掺Ｏ．５％减水剂。

３０４０５０６。２口／（。）

水泥的ＸＲＤ图谱表１水泥的化学成分％标准稠度用水昔，％凝结时间／ｒａｉｎ抗压强度ＩＭＰａ抗折强度，＾ＩＰ且初凝终凝３ｄ７ｄ２８ｄ３ｄ７ｄ２８ｄ２６．５１３５１６９２５．４２４１．０４５３．４９５．７２８．２３８．７５１．２试验方法水泥胶砂抗压强度测定参照ＧＢ／Ｔ１７６７１－－１９９９规定的方法进行，试件尺，－ｊ－为４０ｍｉｎｘ４０ｍｍｘｌ６０ｎｌｍ；速凝剂凝结时间测试参照ＪＣＣ４７７＿－２００５规定的方法进行：掺速凝剂水泥净浆的强度实验方法为先加入水泥与水混合，经净浆搅拌机搅拌，然后加入速凝剂，并浇筑成型至规定龄期，参照Ｇｔｇｌ＂１７６７ｌ—１９９９规定的方法进行测试。物相分析及晶型结构鉴定采用ｘ射线衍射仪（Ｄ８Ａ—ＶＡＮＣＥＸ—ｒａｙＤｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｒ），利用Ｃｕ、ｌ‘ａ靶，Ｘ光管功率为４０ｋＶｘ３０ｍＡ对粉状样品进行连续扫描，扫描速度为４。／ｍｉｎ；差热ｆ热重分析采用ＴＡ热重仪（ＤｉａｍｏｎｄＤＳＣＴＧ—ＤＴＡ６３００）定量分析水化产物，仪器参数为：ＴＧ量程为２００ｍ郫ＤＴＡ量程为１０００扯ｖ，升温速率为１０。Ｃ／ｒａｉｎ，升温至最高温度１０００℃。保护气体为Ｎ：，量为１００ｍ１］ｍｉｎ；微观结构及形貌观测采用场发射扫描电子显微镜（ＳＩＲＩＯＮＴＭＰＦＳＥＭ）观察颗粒形貌、大小、分布、取向及颗粒间连接情况变化。２试验结果与讨论２．１无碱液态速凝剂的促凝效果选择小Ｉ到速凝剂掺量，测试其水泥凝结时间，结果见表３，测试其对水泥砂浆抗压强度的影响，结果见图２。表３速凝剂掺量对水泥凝结时间的影响由表３可知，当速凝剂掺量为４％～８％时，初凝和终凝时间均随掺量的增加而缩短。根据ＪＣ４７７－－２００５规定掺速凝剂净浆凝结时间要求初凝时间不大于５ｒａｉｎ，终凝时间不大于１２ｒａｉｎ。试验结果表明，速凝剂最佳掺量为６％一８％。速凝剂掺量／％图２速凝剂掺量对水泥砂浆抗压强度的影响由图２可知，水泥砂浆的ｌｄ、３ｄ抗压强度随速凝剂掺量增加呈线性增长；掺量为２％－－６％时，增幅较大；而２８ｄ抗压强度随掺量的增加，增幅先增加较大，然后放缓，最后趋于平稳。速凝剂掺量为２％、４％、６％的砂浆。２８ｄ强度保有率分别为１０７．５％、１１４．５％、１１４．９％。可以推测当速凝剂掺量大于６％时，其２８ｄ抗压强度呈下降趋势。根据ＪＣ４７７－－２００５规定掺速凝剂砂浆１ｄ抗压强度大于７．ＯＭＰａ、２８ｄ抗压强度保有率大于７５％，可知在速凝剂掺量为６％时，砂浆强度保持率符合要求。综合速凝荆对水泥凝结时间、水泥砂浆抗压强度的影响，可以得出该种速凝剂对于Ｐ·１４２．５水泥品种的最佳掺量为６％，故选速凝剂掺量为６％进行相关的微观试验。２．２水化早期浆体结构的ＸＲＤ及差热分析２．２．１水泥净浆结构的ＸＲＤ分析掺６％速凝剂和不掺速凝剂的基准水泥试样在不同龄期下，水泥水化硬化浆体的ＸＲＤ分析结果如图３所示。ＮＥＷＢＵＩＬＤＩＮＧＭＡＴＥＲＩＡＬＳ·３７·伯印砷蚰∞∞ｍ０图

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万方数据刘梅艳，等：无碱液体水泥速凝剂的性能及其促凝机理●ＡＦ

２目／（。）２口／（。ｊ（ａ）掺６％速凝荆水泥水化１ｈ的ＸＲＤ（ｆ。）掺６％速凝荆水泥水化ｌｄ的ＸＲＤ

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２目／（‘）（ｅ）掺６％速凝剂水泥水化２８ｄ的ＸＲＤ

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２口／（。）２口／（。）２口／（。）（ｂ）普通水泥水化１ｈ的ｘＲＤ（ｄ）普通水泥水化Ｉｄ的ｘＲＤ（ｆ）普通水泥水化２８ｄ的ＸＲＤ

图３掺速凝剂６％的水泥净浆（１ｈ，ｌｄ，２８ｄ）与和普通水泥净浆ＸＲＤ谱

对比掺与不掺速凝剂的水泥水化净浆ｌｈ的ＸＲＤ图可知，掺６％速凝剂的浆体中产生大量ＡＦｔ的峰及微量Ｃ３ＡＨ。的峰出现；而在基准浆体中没有发现明显的ＡＦｔ的峰，但能够发现生石膏的峰，同时有少量Ｃ，ＡＨｎ、Ｃ２Ａｎ。及ＣＡＨ６的峰。这种现象在一定程度上说明了水泥净浆在水化ｌｈ时ＣＡ还未完全与石膏反应生成ＡＦｔ，即在水化ｌｈ时还未达到初凝。相反，在水泥净浆中掺加速凝剂后，能够快速地促使水泥中ＮＣ，Ａ与石膏反应生成ＡＦｔ，从而使水泥在几分钟之内达到速凝的效果。对比水泥水化净浆１ｄ的ＸＲＤ图可知，在掺与不掺速凝剂的净浆中都可以发现有大量ＡＦｔ、ＣＨ的峰及未水化的熟料矿物的峰存在，同时伴随有Ｃ—Ｓ—Ｈ凝胶及微量ＣＡＨ６存在。但是与基准样中ＣＨ的峰强对比，可以发现掺速凝剂的净浆中ＡＦｔ峰相对较强，ＣＨ的峰相对较弱，但是在Ｃ—Ｓ—Ｈ凝胶触峰处弯起程度相对较大一些。说明水化１ｄ时，掺速凝剂的的量相对较小，但是，总的水化程度相对较大。表明掺入速凝剂的水泥熟料矿物反应程度变大，生成较多的Ｃ—Ｓ—Ｈ凝胶，致使水泥浆体的强度较基准样的高；但净浆中存在的ｃＨ量相对较小，因速凝剂中酸性物质消耗一定量的ＣＨ所致，ＣＨ消耗又促使Ｃ３ｓ及Ｃ２ｓ的快速反应，这种双重作用促使水泥浆体快硬早强。当水化达到２８ｄ时，对比图３中掺６％与不掺速凝剂的水泥净浆ＸＲＤ图谱可知，２种试样中都有ＣＨ、ＣａＣＯ，及少量水泥熟料矿物，对比峰强可以看出几乎无明显变化。说明水化２８ｄ时，此时的速凝剂对水泥净浆的水化几乎不起作用。２．２．２水化早期浆体结构的热重分析